CN212367155U - 用于波浪能摩擦发电机阵列的扁平结构连接器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及摩擦发电、能量转换领域，具体是一种用于波浪能摩擦发电机阵列的扁平结构连接器。本实用新型采用扁平结构，在波浪能摩擦发电机阵列中用于连接发电机单元，从而起到限制单元横向运动、防止阵列缠绕团聚的作用。此外，在两弹簧钢片之间可为阵列的输电导线提供铺设空间，可屏蔽海水离子对通电导线的干扰。弹簧钢片结合外表面摩擦层材料还可采集波浪能用于发电，进一步提高阵列的输出性能。本实用新型结构简单、制造成本低、应用范围广，具有较大的实用价值。

Description

用于波浪能摩擦发电机阵列的扁平结构连接器

技术领域

本实用新型涉及海洋波浪能发电技术领域，具体地说是一种用于连接波浪能摩擦发电机单元的扁平结构连接器。

背景技术

广阔无垠的海洋波浪中蕴含着巨大的能量。据估算，全球波浪能蕴藏量达700亿千瓦，而每平方千米海面上的波浪能功率可达30万千瓦，其万分之一的开采也足以为远洋岛礁以及航标灯、浮标等供电，对我国“十三五”节能减排工作计划、南海岛礁建设、21世纪海上丝绸之路具有重要意义。成千上万的采集波浪能的摩擦纳米发电机单元漂浮于海面上，形成发电机阵列，随着海浪摆动而输出电能。近年来，摩擦纳米发电机阵列作为采集海洋波浪能的新技术而备受瞩目，但阵列单元之间依靠怎样的连接来形成稳定阵列，怎么避免单元之间纠缠，按怎样的拓扑结构排布，如何实现电能的高效传输等问题一直被忽视。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种扁平结构连接器用于连接摩擦纳米发电机单元从而形成稳定阵列，该连接器具备发电机单元间稳定连接、良好电能传输、自身输出等功能作用。

上述实用新型目的通过以下技术方案予以实现：

一种用于波浪能摩擦发电机阵列的扁平结构连接器，包括PET薄板及其上下两侧依次对称分布的弹簧钢片和PTFE膜；在PET薄板两侧、两弹簧钢片之间设置有一组或者多组导线作为阵列的输电导线，连接器两端水平连接波浪能摩擦发电机单元。

本实用新型进一步的技术方案：所述PET薄板与PTFE膜的长宽相等，弹簧钢片的长宽分别小于PET薄板的长宽且居中放置。

本实用新型进一步的技术方案：所述弹簧钢片通过粘合剂与PET薄板粘连，弹簧钢片与 PTFE膜之间无粘合剂，环形粘合剂仅粘合PTFE膜与PET薄板，从而将弹簧钢片密封于两者紧密的空腔中。

本实用新型具有以下有益效果：

⑴连接器采用扁平结构，在波浪能摩擦纳米发电机阵列中用于连接发电机单元，可有效限制发电机单元水平横向运动，防止阵列缠绕团聚，同时减少对单元垂荡和偏荡的影响。

⑵连接器在两弹簧钢片之间可为发电机阵列的多路输电导线提供铺设空间，可屏蔽海水离子对通电导线的干扰，具备良好电能传输功能。

⑶弹簧钢片优良的抗弹减性能和抗疲劳性能轻松满足长时间弯曲工作要求。

⑷连接器的外层多孔PTFE膜表面具有微米级多孔结构，从而具备高疏水性能，能抵抗海水侵蚀，同时增加其比表面积从而有利于提高发电效率。

⑸采用两弹簧钢片作为电极，结合外层PTFE膜为摩擦层，在进出海水过程中，与海水摩擦生电，进一步提高阵列的输出性能。

⑹本实用新型的连接器结构简单、制造成本低、应用范围广，具有较大的实用价值。

附图说明

图1是本实用新型的用于波浪能摩擦发电机阵列的扁平结构连接器的结构示意图；

图2是本实用新型的用于波浪能摩擦发电机阵列的扁平结构连接器与摩擦发电机单元连接的结构示意图；

图3是本实用新型的用于波浪能摩擦发电机阵列的扁平结构连接器的发电原理图；

图4是本实用新型的用于波浪能摩擦发电机阵列的扁平结构连接器沿着板面方向与垂直板面方向弯曲的应力测试图；

图5是本实用新型的用于波浪能摩擦发电机阵列的扁平结构连接器作为摩擦发电机，在不同周期和频率下进出自来水的输出信号图；

图6是在不同液体下不同导线和本发明的扁平结构连接器的输出电压衰减对比图。

图中标记：1-PET薄板，2-弹簧钢片，3-PTFE膜，4-粘合剂，5-环形粘合剂，6-导线，7- 摩擦发电机单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步详细描述。

参见图1，本实用新型的用于波浪能摩擦发电机阵列的扁平结构连接器，包括PET薄板 1及其上下两侧依次对称分布的弹簧钢片2和PTFE膜3；在PET薄板1两侧、两弹簧钢片2之间设置有一组或者多组导线6作为阵列的输电导线，连接器两端水平连接波浪能摩擦发电机单元(如图2所示)，镶嵌于摩擦发电机单元之间。所述PET薄板1与PTFE膜3的长宽相等，弹簧钢片2的长宽分别小于PET薄板1的长宽且居中放置。所述弹簧钢片2通过粘合剂4与PET薄板1粘连，弹簧钢片2与PTFE膜3之间无粘合剂，环形粘合剂5仅粘合PTFE 膜3与PET薄板1，从而将弹簧钢片2密封于两者紧密的空腔中，粘合剂粘结，起到密封防水的作用。

参见图2，本实用新型的连接器可通过镶嵌入发电机单元壳体内或粘结在壳体外部的方法，将其两端水平连接波浪能摩擦发电机单元，从而限制发电机单元的横向运动，而单元依然可做垂直振荡和偏转振荡运动。阵列的输出导线置于两弹簧钢片之间，从而免于海水离子的干扰削弱。弹簧钢片优秀的抗疲劳性能有利于长期弯曲运作。弹簧钢片与外层PTFE膜可做成采集波浪能摩擦发电机，在连接器进出海水过程中采集波浪能发电。

参见图3本实用新型的连接器发电原理如下：上下两层的PTFE膜与海水多次接触摩擦之后均带上负(束缚)电荷，由此当液面上升接触下表面时，海水中正电离子吸附于表面，从而中和下层PTFE膜表面的负电荷，在上层PTFE膜上负电荷的静电感应作用下，电子从上电极通过外回路流向下电极，从而形成向上的电流(状态Ⅰ)。随着液面继续上升并浸没连接器整体，海水离子吸附并中和上下两层PTFE膜，静电感应效应几近消失，原本下电极中的电子途径外电路回流到上电极，得到向下的电流(状态Ⅱ)。随后液面的下降，使得上层PTFE膜上的负电荷得以恢复静电感应作用从而将上电极电子排斥至下电极，外回路形成向上的电流(状态Ⅲ)，液面的进一步下降将使得连接器整体暴露空气中，上下两层PTFE 膜在两电极上形成的电势相同，电势差消失从而使得下电极电子回溯到上电极，外回路获得向下的电流(状态Ⅳ)。实际海面变化并未如同上述简单单调，但具体作用机制类似。

参见图4所示，本实用新型的连接器得益于其扁平结构，其在垂直板面方向极易弯曲，而沿着板面方向较难弯曲，由此装配于摩擦发电机单元之间，可有效限制单元的横向运动，避免团聚，而在垂直海面方向单元做垂荡和偏荡运动时受到的束缚较小。

参见图5所示，本实用新型的连接器装配于直线电机上，并以设定周期及设定振幅做进出自来水的运动过程中，基于PTFE膜和弹簧钢片可作为摩擦发电机，以PTFE膜与液体摩擦带电，在周期性的进出液体过程中输出电能。典型地，在输入周期0.8s振幅3cm的条件下，连接器的输出电压可达33V，单周期转移电荷量大24nC。

参见图6所示，两弹簧钢片之间可为发电机阵列的多路输电导线提供铺设空间，可屏蔽海水离子对通电导线的干扰。实验上将几种常用导线与本实用新型的连接器进行对比，将他们分别作为输电导线(长度10cm部分)浸入水中，将一接触分离模式的摩擦发电机的输出信号流经导线和本实用新型(两弹簧钢片短接或开路状态下)的连接器，可测得不同液体下它们的输出电压衰减，可见，使用漆包铜线作为输电线缆(10cm部分)浸入3.5％质量分数的盐水下，输出电压衰减可达16％，而本实用新型连接器无论弹簧钢片短接或开路，其输出衰减均小于2％，由此在相比于常规导线，本实用新型的连接器具有更好的屏蔽效果。

Claims (3)

1.一种用于波浪能摩擦发电机阵列的扁平结构连接器，其特征在于，包括PET薄板及其上下两侧依次对称分布的弹簧钢片和PTFE膜；在PET薄板两侧、两弹簧钢片之间设置有一组或者多组导线作为阵列的输电导线，连接器两端水平连接波浪能摩擦发电机单元。

2.根据权利要求1所述的用于波浪能摩擦发电机阵列的扁平结构连接器，其特征在于，所述PET薄板与PTFE膜的长宽相等，弹簧钢片的长宽分别小于PET薄板的长宽且居中放置。

3.根据权利要求1所述的用于波浪能摩擦发电机阵列的扁平结构连接器，其特征在于，所述弹簧钢片通过粘合剂与PET薄板粘连，弹簧钢片与PTFE膜之间无粘合剂，环形粘合剂仅粘合PTFE膜与PET薄板，从而将弹簧钢片密封于两者紧密的空腔中。

Images